遥感水文应用中的尺度问题
第16卷第6期2001年12月
地球科学进展
A DVAN C E I N E AR T H S C I E N CE S
V o l.16 N o.6
D e c.，2001
文章编号：1001-8166（2001）06-0755-06
遥感水文应用中的尺度问题
傅国斌，李丽娟，刘昌明
（中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101）
摘 要：遥感技术在水文科学中的广泛应用，极大地拓宽了其研究的领域和范围，增加了其研究的深度。但同时也应该看到，遥感信息的空间分辨率和时间分辨率，以及水文科学自身尺度问题的复杂性，一方面对遥感水文的应用产生困难和问题，限制了水文遥感的应用；另一方面又对水文尺度问题提供了新的技术手段，为遥感水文应用增添了新的亮点。从水文机理与空间尺度、遥感信息的空间分辨率、水文参数的空间延拓，以及遥感技术与水文科学的发展等4个方面探讨了遥感水文的空间尺度问题；从瞬时遥感信息的时间拓展和遥感信息的时间分辨率2个方面讨论了遥感水文的时间尺度问题。
关 键 词：遥感；水文科学；尺度问题；空间分辨率；时间分辨率
中图分类号：P33；T P79 文献标识码：A
1 遥感技术在水文学中的应用
1.1 遥感技术在水文学中已经发挥了巨大的作用
虽然到目前为至，还没有专门为水文学研究而发射的卫星，但自1957年人造地球卫星发射成功之后，水文工作者利用气象卫星、陆地资源卫星、微波技术等遥感手段进行水文科学的研究，并且取得了巨大的成就。国内外许多学者都对遥感技术在水文水资源中的应用作过论述［1～4］。
一般而言，遥感技术在水文学中的应用可大致分为2个方面［4］：一是利用遥感资料推求各种水体（如湖泊、湿地等）的面积变化、监测冰川和积雪的融化状态，以及洪水过程的动态监测等，这是遥感技术在水文学中的直接应用。其中最具有代表性的就是洪水过程的动态监测［5］。二是利用遥感资料进行有关水文过程中的参数和变量的推求。通常是利用一些经验公式、统计模型和概念性水文模型等来获取诸如径流、土壤水分、区域蒸发等水文变量。因为这些水文变量不是由遥感资料直接获得，同时在目前的科技水平下也不可能直接获得，所以这种类型又称遥感技术在水文学中的间接应用。如对于区域尺度上的蒸发估算，遥感技术不仅具有常规手段无法比拟的，对大面积地面特征信息同时快捷获得的手段，而且也是目前最经济和最准确的手段［6］。
1.2 遥感技术是水文科学发展的必要手段
未来水文科学的发展在很大程度上取决于水文数据的获得及其精度。尽管目前遥感在水文学中的应用还受到传感器、分辨率（时空）以及释译图像精度等的影响，但遥感图像可以为水文学提供大量有关数据已是无可辨驳的事实。遥感技术可以提供面状信息而非点状信息，可以在直接或间接测量常规手段无法测量到的水文变量和参数（如区域土壤湿度），可以提供长期、动态和连续的大范围资料，因此，在水文学上有着广泛的应用前景。C a s t r u cc i o等估计［7～9］，遥感在水文学中应用的投入产出比为1∶75～1∶100，这主要是指遥感用于防洪抢险、水资源规划与管理中的效率，利益驱动将推动遥感在水文水资源研究中的应用。
收稿日期：2001-01-12，修回日期：2001-04-18.
*基金项目：国家重点基础研究发展规划项目“黄河流域水循环动力学机制与模拟“（G1999043601）和“黄河流域水资源演化规律与二元演化模型”（G1999043602）资助．
作者简介：傅国斌（1966-），男，山西临猗人，副研究员，主要从事水文水资源方面的研究．E-m a i l：f ugb ＠i g s n r r. a c. c n
因此可以毫不夸张地说，如果水文学离开遥感技术的支持，它将会停滞不前甚至倒退；反之，在遥感信息的支持下，水文学将会不断深入，进入新的发展阶段，更好地为人类服务。
遥感与地理信息系统（ G I S ）作为地学分析的工具和手段，可以分别用于水文学的各个方面的研究。但如果把这两者联合起来，发挥各自的特点与优势，那么将极大地拓宽水文学研究的思路和方法，加大
水文学研究的广度和深度
［10
］。
1.3 水文学中的时空尺度
水文学是地球科学的一门分支学科，它包括了
地球水圈范围所有尺度的水文现象与过程，以及与
环境的相互作用［11
］，这在图1上可以更加清楚地反映出来
［12］
。
B l o s c hl 等［13］
则给出了水文过程尺度、
观测尺度和模拟/操作尺度的直观描述。
遥感技术所涉及到的时空尺度与水文科学中的时空尺度相比，具有明显的相异性。这一方面会拓
图1 水文科学涉及到的时空尺度
F i g.1 T e m p o r al a n d s p a t i al sc a l e s r e l a t e d t o h y d r o l og i c al sc i e n c e
宽水文科学研究的领域和范围，另一方面会使遥感技术在水文学的应用中产生许多的困难和问题。
2 遥感水文应用中的空间尺度问题
2.1 水文机理与空间尺度
微观尺度上的水文问题与物理学研究的对象几乎一致，基于连续介质的力学原理。但是随着空间
尺度的扩展，原来的“理论”模型就需要大量的简化
和再参数化，以适应新的情况［11］
。但空间尺度扩大到一定程度时，原来的“机理”就模糊到一种几乎无
法辨认的程度。例如， S h a r m a n 曾基于面积从0.1 km 2
到1.0 k m
2
野外试验
［11］
，发现非饱和土壤水参数空间变异达两个多数量级，与地貌和土壤类型没有明显关系。再比如，小流域上的降水与地表通量
可以认为是相互独立的，降雨径流系统也相对简单，在大的流域尺度，降水与地表通量有密切的联系，而且降水径流系统会变得高度非线性。所以大流域、
小流域以及单点水文规律的研究规律不能简单积分和推广。图2展示的是一个流量过程对降雨过程的响应随着流域面积增大而减弱的典型例子。当流域
面积增大至8 k m 2
，响应明显减弱，当流域面积增大至42 k m 2
响应基本消失［14］
。
以上是从小尺度到大尺度水文过程机理发生明显变化的典型案例。反过来也是一样，即宏观尺度上的水文机理在微观上同样产生变异，例如
G C M 模型给出大范围的水文气象参数根本无法满足区域尺
度的水文分析计算和水资源规划［15
］。
2.2 遥感信息空间分辨率
遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离，称空间分辨率。对于摄影影像，通常用单位长度
内包含可分辩的黑白“线对”数表示（线对/m m ）；对
于扫描影像，通常用瞬时视场角（ I F O V ）的大小来表
示（毫弧度），即像元，是扫描影像中能够分辨的最
小面积。空间分辨率数值在地面上的实际尺寸称为
657 地球科学进展 第16卷
图2 径流过程在不同空间尺度上对降雨的响应
F i g.2 R es p on s e of r u no f f p r o ces s on r a i n f a l l i n
v a r i e d s p a t i al sc a l e s
地面分辨率。对于摄影影像，用线对在地面的覆盖宽度表示（m）；对于扫描影像，则是像元所对应的地面实际尺寸（m）。如陆地卫星多波段扫描影像的地面分辨率为79m（像元大小56m×79m）；陆地卫星专题制图仪所获取的多波段扫描影像，即T M影像，地面分辨率为20～30m；S P O T卫星高分辨率多波段扫描仪所获取的遥感影像，其地面分辨率为10～20m。
根据不同空间尺度的水文问题，采取与之相对应的空间分辨率/地面分辨率的遥感影像，是遥感水文应用中所关注的问题。但是，在实际应用中，有时难以找到与之匹配的遥感信息，这就在一定程度上
限制了遥感水文的应用。水文学研究对象在空间上的复杂性与变异性给遥感技术的应用带来了困难，这不仅取决于所研究的水文现象、问题，以及研究的目的等，而且与研究区域的自然地理特征，乃至社会经济发展、技术、管理水平等相关。
2.3 水文参数的空间延拓
遥感资料最大的特点是其二维空间属性，但与之相对应的水文气象参数目前还是以点状数据源为主，因此，无论是用实际观测资料对遥感信息进行率订，还是对遥感获得的水文气象参数进行分析，都需要对常规水文气象参数进行空间的延拓。一个点的水文气象资料能代替它周围多大的面积，以及如何由“点”参数向“面”参数转化和集成，将直接决定遥感水文应用的精度和范围。Su等［16］在研究地表通量空间变异性时，利用不同空间尺度“像元”进行“集成”得到同一地区的辐射通量，其数值为相对值，即黑色代表1，白色代表0。当像元空间尺度增加到148m时，圆形的灌溉枢纽工程基本就无法辨认。
2.4 遥感技术与水文科学的发展
遥感技术极大地拓宽和丰富了水文学的研究内容，全球水文学的兴起，在很大程度上得益于遥感技术的发展。遥感不仅可以提供全球尺度水文要素的空间分布，补充无资料地区的水文参数，而且还可以为全球水文规律的发现、水与人类的相互作用（包括人类活动对水文情势的影响）、自然水（各种形态的水，如地表水、地下水、土壤水、作物水、大气水等）的相互关系，以及全球/区域水文情势的控制、管理、立法等提供科学依据。而这些都是全球水文学研究的重要内容。
3 遥感水文应用中的时间尺度问题
3.1 瞬间信息的拓展问题
遥感信息具有二维空间的特点，在环境、资源、大气、地质、农业、林业等领域的规划、管理和决策中发挥着越来越重要的作用，这其中也包括水文学。但遥感信息又是一个瞬时信息，即它所反映的是摄影成图一瞬间的状况，这对于有些方面的应用并没有太大的影响，如地物分类、矿产地质结构、土地利用等。但是对于水文物理过程的研究，这种瞬间信息就暴露出致命的缺陷，例如，蒸发在一天里的变化是非常明显的。因此，能否将瞬时的遥感信息进行时间的延拓，从而构建日平均信息是遥感水文应用中的一个关键问题。
7
5
7
第6期 傅国斌等：遥感水文应用中的尺度问题
目前国内外在此领域研究的成果表明，具有规律性、周期性变化的水文气象要素是可以延拓的，如太阳辐射、净辐射通量、蒸发通量等。文献［16］的研究成果表明，太阳辐射的瞬时值和最大值之间有如下的函数关系：
S i ＝S m s i n （πt N
）
式中S i 为某一时刻的太阳辐射瞬时值，
S m 为中午的太阳辐射最大值，
N 为太阳升起和落下的周期，t 为时间变量。很显然当
t ＝ N /2时，S i ＝S m 。如果对上式进行时间积分，可以得到：
S d ＝N 0S m s i n （πt N ）
dt ＝2N πS m 式中S d 为日总量。
这种瞬时值的时间延拓，首先需要地面同步的
实际观测资料的支持。这看似简单，但实际操作起来却十分的困难，因为必须保证地面观测和遥感成像在同一瞬间，微小的时间差异有时就会带来一阵风、一片云等。其次这种时间延拓还必须在理想的天气状况下，才可以取得满意的结果，但晴空万里、丝云未现、风速稳定等理想的气象条件十分稀
少［17
］，
因而在实际应用中会出现或大或小的误差，需要进行订正。
如果说具有周期性的水文气象参数可以通过以上方法进行时间上的延拓的话，那么对于具有非周
期性的参数/过程，
例如洪水过程的演进、污染物质的扩散等，遥感技术的应用就明显受到限制。如何
将瞬间的遥感信息与实际的水文过程相互联系与耦合，解决遥感水文应用中的时间尺度问题，是遥感水文应用需要花大力气去解决的关键问题之一。3.2 遥感信息的时间分辨率
在同一地区进行的相邻两次遥感观测的最小时间间隔，称为遥感信息的时间分辨率。对于轨道卫星而言，亦称覆盖周期，是地球观测卫星对地表重复覆盖一次所需的时间。这是地球观测卫星的一个重要性能指标，它表明卫星提供多时相遥感资料的能力。周期长短同轨道高度、倾角、绕地球运行一周的
周期等轨道参数有关。如美国陆地资源卫星1－3
号，轨道高度910 k m ，倾角98°，绕地一周103.2
分钟，覆盖周期18 d 。陆地资源卫星4－5 号，轨道高
度705 k m ，倾角98.23 °，绕地一周99分钟，覆盖周期16 d 。法国 S P O T 卫星高度832 k m ，倾角98.7°，
绕地一周101 分钟，覆盖周期26
d 。地球同步卫星其覆盖周期在理论上是任意的，仅取决于传感器对
地观测的频度，如气象卫星每12 h 进行一次红外扫描成像，那么其覆盖周期即为12
h 。水文现象和过程的复杂性决定了其时间的跨度非常之大，小到以秒甚至更短的时间段为记录的水
文过程［11
］，
如代表性单元通常以秒记录；连续介质点离散过程通常以10－6
s 为时间段，研究水分子运
动的时间尺度则更小，约为10－13
s ，大到超长期的水
文过程［11］
，
如数十年，甚至百年尺度的水文频率计算、水利工程的设计与规划，而古水文学的研究则涉
及到上万年的时间尺度。根据所研究水文对象，选择适当的时间分辨率的遥感信息，是水文遥感应用中的核心之一。但实际应用中，有些时间分辨率的遥感信息根本无法得到。目前水文科学中应用的遥感信息，大都是数小时到月的中尺度时间分辨率。在提高中尺度时间分辨率遥感信息的解译精度、发挥其在水文科学作用的同时，如何将其向宏观和微观方向纵深发展，将遥感水文应用带入一个新的台阶，是遥感水文应用中的时间尺度问题。
4 结 语
（1）虽然到目前为至，还没有专门为水文学研究而发射的卫星，但水文工作者利用气象卫星、陆地资源卫星、微波技术等遥感手段，在遥感应用于水文学领域取得了巨大的成就。遥感技术可以提供面状
信息而非点状，可以在直接或间接测量常规手段无法测量到的水文变量和参数（如区域土壤湿度），可以提供长期、动态和连续的大范围资料，因此，在水文学上有着广泛的前景。
（2
）尺度问题是水文科学的基本问题之一，其基本的假定是：描述物理现象的数学关系式依赖于尺度，即不同尺度下数学表达式是有区别的，所以寻求不同尺度下合适的水文理论和规律，不仅是水文科学自身发展的需要，而且关系到人类的生存环境，
是带有挑战性的水文科学前沿领域［11～19 ］
。也正因为如此，自80年代以来，国际水文学界对此问题十分关注，召开了一系列的学术会议。国家自然科学基金委员会最近也将“多尺度水文循环”列为“十
五”地理科学的重点项目［20］
。
（3）遥感信息的空间分辨率和时间分辨率，以及水文科学自身尺度问题的复杂性，一方面对遥感水文的应用产生困难和问题，限制了水文遥感的应用；另一方面，遥感信息又对水文尺度问题提供了新的技术手段，为遥感水文应用增添了新的亮点，使水
文科学迈上新的台阶。英国水文研究所、
I G B P /857 地球科学进展 第16卷
B A H C以及世界气候研究计划中的I SLS
C P（I n t e r-n a ti o n a l S a t e llit e L a nd S u r f ac e C li m a t o l og y P r o j ec t）于1996年6月联合召开遥感水文应用中的尺度问题国际会议，并出版了“S ca li ng u p i n H y d r o l og y U s i ng R e m o t e S e n s i ng”一书［21］。
（4）未来水文科学的发展在很大程度上取决于水文数据的获得和精度。尽管目前遥感在水文学中的应用还受到传感器、分辨率以及释译图像精度等的影响，但遥感图像可以为水文学提供大量有关数据已是无可辨驳的事实。在未来，如果水文学离开遥感技术的支持，它将会停滞不前甚至倒退；反之，在遥感信息的支持下，水文学将会不断深入，进入新的发展阶段，更好地为人类服务。
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第6期 傅国斌等：遥感水文应用中的尺度问题
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R E M O T E S E N S I N G T O H YDR O L OG Y
F U
G uo- b i n ， L I L i - j u a n ， L I U C h a ng- m i n g
（ I n s tit u t e o f G e o g r a p h i c al S c i e n c e a nd N a t u r a l R es o u rce s R ese a rc h ， C AS ， B e i j i ng 100101 ， C h i na ） A b st r a c t ： T he a pp li ca ti o ns o f r e m o t e s e n s i ng t o h y d r o l o g y ， w h i c h c a n r o u g h l y b e d i v i d e d i n t o t he d i r ec t r e - m o t e s e n s i ng a pp li ca ti o ns a nd t he i nd i r ec t r e m o t e s e n s i ng a pp li ca ti o ns ， h av e b ee n e x t e nd e d i n l a s t a f e w d eca d e s. H o w eve r ， i t s s p a ti a l a nd t e m p o r a l r e s o l u ti o ns o f r e m o t e s e n s i ng i n f o r m a ti o n ， t oge t h e r w it h t he c o m p l e x i ss ue o f h
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T h i s p a p e r a pp r oac h e s t he s p a ti a l s ca l e i s s ue o f r e m o t e s e n s i ng h y d r o l og y f r o m f o ur a s p e c t s ： h y d r o l og i ca l p r oce s s m ec h a n i s m s a t va r i e d s ca l e s ， s p a ti a l r e s o l u ti o n o f r e m o t e s e n s i ng i n f o r m a t i o n ， h y d r o l og i ca l p a r a m e t e r s ga t h- e r e d a t o ne s ca l e t o be u s e d i n m a k i ng p r e d i c ti o n s a t o t h e r s ca l e ， a nd t he d eve l o pm e nt o f h y d r o l og y w it h t he a i d o f r e m
o t e s e n s i ng. T he e x p a n s i o n o f i n s t a n t a n e o u s r e m o t e s e n s i ng i n f o r m a ti o n t o a l o ng t i m e s c a l e a nd t e m p o r a l r e s o l u- t i o n o f r e m o t e s e n s i ng i n f o r m a ti o n a r e d i s c us s e d w it h t e m p o r a l s ca l e i ss ue t a k i ng i n t o acc o u nt .
K e y w o r ds ： R e m o t e s e n s i ng ； H y d r o l og i ca l s c i e n ce s ； S ca l e i ss u e s ； S p a ti a l r e s o l u ti o n ；櫒
T e m p o r a l r e s o l u ti o n.
I G B P 核心计划的研究热点
2001 年7月10 ～13 日世界各国的全球变化科学家聚集阿姆斯特丹，参加了题为“一个变化地球的挑
战”的科学讨论会。会议期间，各国科学家介绍了他们各自近几年的研究成果，听取了同行们的经验介绍，
并对地球环境的现状进行了讨论。而 I G B P 核心计划的研究执行情况是与会科学家十分关注的问题，每一个核心计划与地球系统研究的各个方面都有着密切的联系，加深对人类星球生命支持系统和变化发生机理
的认识，应该是每位从事全球变化的科学家应该思考的问题。
I G B P 核心计划覆盖了地球系统研究的各个领域，从陆地、海洋、大气、河流和海岸、水和生物地球化学循
环都是其研究的组成部分。这些交叉研究是通过现在、未来的自然变化和过去的人类驱动力变化的研究来实现的。
每个核心计划的研究进展已经在 N e ws L e tt e r 上进行了报道，而且介绍了其研究工作的一个或多个研究范例。通过对比研究发现，全球环境的人类活动的累积效应早已超过了自然变化在地球作用中最基本的变
化因素。根据他们的研究思路，在“一个变化地球的挑战”的会议上提出了一些新的见解和认识。
（黎明据 N e ws L e tt e r ，20001 ， N o.46 报道）
067 地球科学进展 第16卷
水体污染的遥感方法及在珠江广州河段水污染监测中的应用
文章编号:1007 4619(2001)06 460 06水体污染的遥感方法及在珠江广州河段 水污染监测中的应用 王云鹏,闵育顺,傅家谟,盛国英 (中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室,广东省环境资源利用与保护重点实验室,广东广州 510640) 摘 要: 介绍了水体污染的遥感机理、方法,并探索在珠江广州河段水污染监测中的应用。研究表明:随着 水体有机污染程度的增加,水体的可见 近红外光谱反射率逐渐降低。经比较发现,先对图像数据进行对数变 换、IHS 变换和KL 变换后再进行密度分割及图像分类,可以更好地区分和识别水体污染。采用这一方法,制 成了广州地区水体污染时空分布卫星影像图,并结合地面实际分析和调查资料,初步总结了珠江广州段水体 污染的时空分布规律和污染变化趋势。通过对最新遥感数据的处理,结合区域或流域水污染的变化趋势和污 染源研究,利用GIS 技术建立区域或流域污染预警系统,为污染的宏观监测和研究以及水资源保护的决策提 供了新的信息。 关键词: 遥感;水体污染监测;污染源评价;GIS;时空分布 中图分类号: TP79 文献标识码: A 近年来,随着经济的发展,珠江三角洲流域城市 附近河段的有机污染日益严重,这不仅影响了居民 的身体健康和人民生活水平的提高,也制约了珠江 三角洲经济的持续发展。对污染监测也提出了更高 的要求,需要宏观性强、更为快速、准确和廉价的水 污染监测方法,传统采用定点定剖面采样分析的方 法,往往不能快速全面地反映污染状况,而且成本 高,速度慢。遥感技术的发展,尤其是遥感器几何与 光谱分辨率的提高,使遥感技术为水体污染监测和 研究开辟了新的途径。 水体、植被、土壤和岩石从一开始就是遥感探测 的主要目标,对于水质的研究一直是遥感的主要任 务,但由于受遥感器分辨性能的限制,利用遥感技术 定量研究水质和进行水污染监测一直没有取得突 破。近几年来,随着遥感器几何与光谱分辩率的提 高,使利用遥感技术进行水质研究和水污染的宏观 监测成为可能[1 5]。利用遥感技术进行水污染监测 的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清洁水 体的光谱特征,这些光谱特征体现在其对特定波长 的光的吸收或反射,而且这些光谱特征能够为遥感器所捕获并在遥感图像中体现出来[6]。但是现今所广泛使用的遥感图像波段较宽,所反映的往往是综合信息,加之太阳光、大气等因素使这种差异往往在常规遥感图像中体现的不甚明显。通过计算机图像处理的技术能够突出这些信息,而且通过特定时间的图像并结合地面监测的水质分析数据,建立比较准确的水质遥感模型,并利用该模型处理遥感数据,可以取得较为准确的结果,这就是利用遥感数据进行水污染定量监测的主要方法。由于遥感图像具有直观明了,宏观性强的特点,能清楚地反映出区域或整个流域污染现状和空间分布特征。利用多时相的遥感数据可以对同一流域水体污染历史和污染趋势作出研究和预测,为水资源保护规划提供准确信息。1 水体污染的遥感监测机理遥感的主要目的在于识别地物,其识别地物的机理在于不同地物具有不同的光谱特征。地物之间光谱特征差异越大,越容易为遥感器所识别。对于 收稿日期:2000 08 16;修订日期:2000 12 22基金项目:国家自然科学基金(编号:49901014),广东省自然科学基金(编号:980757),广东省自然科学博士启动基金(编号:974189)和广州市科季科技项目(编号:95 R6 1)资助项目。 作者简介:王云鹏(1968 ),男,副研究员,1990年毕业于兰州大学,1996年在中国科学院广州地球化学研究所获博士学位,从事资源环境遥感与GIS 研究,发表论文30多篇。 第5卷第6期 遥 感 学 报Vol.5,No.62001年11月JOURNAL OF RE MOTE SENSI NG Nov.,2001
信息熵理论
信息熵理论 在通信系统中，信息从发送到接收的传输过程是一个有干扰的信息复制过程。 对每一个具体的应用而言，传输的信息是确定的，有明确的应用目的。 对一个通信系统而言主，不同的用户要传送的具体的信息内容是不同的，则如何从这些繁杂的具体信息中提炼出它们的共同特征，并可进行量化估计是shannon 信息论研究的基础。 所谓量化估计就是用提炼的共同特征估计与某些具体内容所对应的需要传输的信息量大小。 信息量定义的另一个重要特征是它能保证信息量值的大小与具体的信息内容无关。 1.定义信息熵： 设X 是一个离散的随机变量，其定义空间为一个字符集E 。 ()()E x x X P x p ∈==,，表示相应的概率分布函数，则 ()()()()x p x p X H x log ∑-=称为离散随机变量的熵。 有时记()()()()(){}X p E x p x p p H p x log log -=-=∑ {}p E 表示以概率分布()x p 对某随机变量或随机函数求概率平均。 2.定义联合熵： 设X ﹑Y 是丙个离散的随机变量，（X,Y ）的联合概率分布函数为()()y Y x X P y x p ===,,，则 ()()()y x p y x P Y X H x y ,log ,,∑∑-= 称为离散随机变量X 与Y 的联合熵。 有时记为： ()()()(){}Y X p E y x p y x p Y X H p x y ,log ,log ,,-=-=∑∑ 3.定义条件熵： 如果()(),,~,y x p Y X 则条件熵()X Y H /定义为 ()()() ∑=-=x x X Y H x p X Y H // ()()()∑∑- =x y x y p x y p x p /log / ()()∑∑-=x y x y p y x p /log , (){}X Y p E /log -= 条件熵等于零的条件为()1==Y X p 事实上，对任意的y x ,都有()()0/log /=x y p x y p ，从而得()()1/0/==x y p x y p 或，又因为X 与Y 是取值空间完全相同的随机变量，所以有()1/=X Y p
遥感在环境检测中的应用.docx
文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持. 遥感在环境检测中的应用 班级：测绘C111 姓名：郑广震 学号： 117568
文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持. 遥感在环境检测中的应用 摘要：现阶段，由于多方面因素的影响，使得我国的城市环境污染日益严重，各类突发性环 境污染事故比比皆是，从而导致生态环境失衡。环境监测作为控制环境污染的主要途径之一， 其作用得以彰显。然而，我国幅员辽阔，仅凭现有的环境监测工作站及监测技术很难实现全 方位监测，而且及时性和准确性也难以保证。遥感技术以其自身诸多优点，被广泛应用于各 个领域当中，该技术在环境监测方面的效果也比较明显。基于此点，本文就城市环境监测中 遥感技术的应用进行浅谈。 关键词：环境监测；遥感技术；红外遥感 一、遥感技术概述 遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。它是 60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的 发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征，并将特征记录下来， 供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感，称为航空遥感。把遥感 器装在航天器上进行遥感，称为航天遥感。完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测，获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获 得广泛的应用。例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。 遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功，大大推动了遥感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上 述功能的全套系统称为遥感系统，其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多，主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。 传输设备用于将遥感信息从远距离平台( 如卫星 ) 传回地面站。信息处理设备包括彩色合成 仪、图像判读仪和数字图像处理机等。 遥感（ RS）与地理信息系统（GIS）技术的发展及其在地理学研究中越来越广泛和深入的应用，已经导致这一学科研究方法，特别是地理学研究中空间对象的观测与信息获取方法 产生了根本性的变化，极大地提高了对地观测能力和丰富了观测内容，深化了人们对地理现 象的认识。 （一）遥感技术分类 遥感技术主要是指通过物体对电磁波的辐射或反射，不与物体进行直接接触，远距离辨识及测量目标对象的一种监测技术。按照所使用的监测波段不同，该技术可分为以下几种类型：热红外 遥感技术、可见光反射红外遥感技术和微波遥感技术。 （二）遥感技术的特点和作用 遥感技术的特点如下：监测速度快、范围广、能够进行长时间动态监测、投入成本低、回报高、无需现场采集样本、可以发现常规法无法监测到的污染源；其较为明显的作用是可 对指定区域进行跟踪测量，并且能够快速获取与污染有关的全方面信息，如污染源位置、污 染范围、污染物分布及扩散情况、大气生态效应等等。 （三 )遥感技术的优越性 探测范围大：航摄飞机高度可达 10km 左右；陆地卫星轨道高度达到 910km 左右。一张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到 3万多平方千米，约相当于我国海南岛的面积。我国只要 600 多张左右的陆地卫星图像就可以全部覆盖。
无人机遥感系统在环境保护中的应用探索_钟林华
2015年第24期 应用科技科技创新与应用无人机遥感系统在环境保护中的应用探索 钟林华 （广西长润环境工程有限公司，广西南宁530003） 引言 近年来，国内科学技术发展迅速，无人机遥感系统属于目前获得遥感数据的新兴途径，该技术正以不可阻挡之势实现光谱信息成像化以及雷达成像多极化和地学分析智能化等，环境研究动向和资源探究定量化更是非常关键，这样都在很大程度上提升了遥感技术实时性能以及运行可靠性，促使该技术不断呈现大尺度以及多频率和全天候等目标。 1无人机遥感系统 1.1无人机遥感技术概述 无人机可以说是经过无线电遥控装置或者是机载计算机程控体系操作不载人飞行器。根据整体系统构成以及飞行特性来讲无人机通常是分为固定式翼型无人机或者是无人驾驶直升机。遥感也就是泛指在远处探测和感知对应物体或者是事物的一种技术，通常是不直接触碰物体自身在远处经过对应仪器探测及接收物体所散发出的信息，通过信息传送和分析来有效识别物体属性或者是分布的技术。无人机遥感技术使用无人机技术以及遥感传感器技术，再加上遥测遥控技术以及通信技术等诸多技术获取地理以及资源和环境等方面的空间遥感信息，有助于完成各类遥感数据的采集、处理以及分析。 1.2无人机遥感系统作业程序 无人机遥感系统关键是经由无人机飞行平台以及遥感检测平台和数据传输系统等主要部分构成，通常是将无人机遥感系统工作程序分为前期内/外/后期内业这三大部分。前期内业关键是进行准备，比如设置对应航线以及确定起降场地和设施设备检查等方面，前期内业能够确保外业工作有序展开，因此好的前期内业是外业工作质量提升的前提。 外业工作通常是取得各类检测信息全过程，外业工作关键是设备运输到场以及无人机组装和飞行遥感等各个方面。国内无人机技术大都是人工遥控起飞且进入所设置的航线之后才开始自动飞行，运用GPS进行无人机控制，无人机在完成遥感作业之后就会改为人工式遥控降落。后期处理则是对各类所取得的信息施以分析以及整理，最终获得结果的全部过程。 2无人机遥感系统在环境保护中的应用 2.1建设项目环境保护管理中的使用 建设项目环境影响评估时相关环评企业编写环境影响评估文件中所具备的建设项目区域地形图，通常大中型城市的近郊或者是关键发展区域可以在规划以及测绘部门去找寻图件，偏远地区往往是无图可寻的，尽管有但都是绘制时间非常久远或者是图像精确度不高，这些都不能采用。若是临时性组织绘制则拖延编制时间，某些环评单位这时就会选用时效性或者是清晰程度较低的图件使用，这必定会影响环境评价工作的质量。无人机遥感系统可以充分处理这些问题，该技术可以为环评单位用极短时间而获得时效性更强且精确度更高的图件，这也在很大程度上降低了处于较远或者是危险地区现场勘查工作量及危险性，从而提升环境影响评价工作效率，最终将所获得的数据和图件等提供给环保部门。 2.2环境监测中的使用 以往传统式环境监测均是使用点监测进行总体区域环境质量的估算，这有着很大的局限性以及片面性。无人机遥感系统视域非常广泛且连续性强，能够快速查出环境现状。采用系统搭载多光谱成像仪器，从而生成多光谱图像，能够直观的监测地表水文环境质量，以便于提供水质富营养化以及水华和水体透明程度等各方面信息专题图，进而实现水质特征性污染物质监视性检测。无人机更能够搭载移动式大气自动检测平台，从而对目标区域所呈现的大气环境施以监测，自动监测平台不可以监测到污染因子，这时可以使用搭载采样器把大气样品采集之后送至实验室进行监测。 2.3恶劣环境中的使用 无人机遥感系统属于远程控制来进行信息采集，所以应该确保信号良好，无人机遥感系统就可以在人力所不能到达的环境中进行工作。比如，油轮输油时由于工作人员的某些违规操作才造成输油管出现爆炸从而产生原油泄漏，这时往往会造成海污染，并且给海域周边的居民生活带来极大影响。这时环保局就会使用无人机展开环境监测，以便于获得及时且准确的信息来分析污染情况，并且给时间应急解决提供关键性信息，降低工作人员的工作难度及确保人身安全。 2.4生态保护中的使用 自然保护区域以及饮用水源保护区域等诸多特殊性生态保护区域属于环境保护的关键，不过自然保护区域以及饮用水源保护区域等这些大多情况都是在非常偏远的地区，再加上特殊保护面积偏大，环保部门工作人员很难进行全方位保护。使用无人机遥感系统可以获得诸多生态保护区域遥感影像，并且对遥感影像施以详细分析以及整理，能够有效掌控植被覆盖面积大小及掌握植被的变化状况，使用无人机遥感系统能够清晰的辨识不同植被互相替代现象。再者就是生态保护区域相关资源被侵占时则无人机遥感系统就可以即刻发现非法人员的相关动向，这些都是生态保护执法所需要的证据。 2.5环境监察中的使用 工业发展规模持续扩大，各类污染物质排放量更是不断增多，这些都会给环境保护带来危害，环境监察人员工作强度持续增大，以至于环境部门不能及时对环境污染状况施以严密监察。使用无人机遥感系统可以对环境污染源的分布以及排放量等各个方面进行监察，以便于给环境监察方面提供重要决策依据。无人机遥感系统可以对环境污染突发情况展开全方位跟踪，并且捕捉某些非法污染源的排放，给环境监察提供依据。 3发展方向和展望 无人机遥感系统应该持续改善，以便于适应现代化社会发展。无人机遥感系统应该提升各类数据链路传送能力，以便于把飞机下方地面用较高分辨率影像或者是高清晰程度录像及时传送至地面上，并且显示及记录再进行导航或者是取景；在搭建立体遥感数字环保平台前提下，有效开发或者是使用三维景观构建软件把遥感影像做成三维可视化产品，最终输出；并且持续研发遥感信息智能化辨识技术，搭载智能化传感器进行诸多污染因子的实时监测，再研发各类后期内业软件以达到结合现存的地理信息，再依据不同用户要求及需求快速完成各类影像的拼接以及校正与翻译；确定对应评价模式以及选用评价指标；培养综合性人才，懂得环境保护方面遥感技术以及外业飞行和内业处理等各个方面。 4结束语 总而言之，无人机技术以及航空遥感技术水平持续提升，无人机遥感系统更是被运用于国土及规划或者是地质和水利等各类领域及行业。该技术是使用无人机技术以及遥感传感器技术，再加上遥测遥控技术以及通信技术等诸多技术构成，从而有效获取地理以及资源和环境等方面的空间遥感信息，有助于完成各类遥感数据的采集和处理以及分析。因此进行无人机遥感系统在环境保护中的应用分析是有着极大现实意义。 参考文献 [1]蔡丽，付博.浅谈环境保护领域内无人机遥感系统的应用[J].企业技术开发，2014（9）. [2]朱京海，徐光，刘家斌.无人机遥感系统在环境保护领域中的应用研究[J].环境保护与循环经济，2013（1）. 摘要：随着社会经济水平的持续提升，更多科学技术被广泛运用于环境保护中，无人机遥感系统可以快速获得对应地理信息及环境信息，可以说无人机遥感系统具备极强的数据采集和处理以及分析能力，将无人机遥感系统运用于环境保护中可以充分提升各类环境数据分析精确性，以便于辅助环保部门进行最优化决策。 关键词：无人机遥感系统；环境保护；技术应用 291 --
基于遥感监测的水质污染监测可视化系统研究
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/5a17855861.html, 基于遥感监测的水质污染监测可视化系统研究 作者：刘磊龚瑞昆 来源：《科技风》2018年第22期 摘要：随着我国科学技术不断发展，检测检验能力随之提升，其中水质污染监测对精度、广度、深度均有一定要求，需与之相关的监测技术不断革新，为水质污染监测事业良性发展夯实技术基石，本文通过对基于遥感监测的水质污染监测可视化系统进行分析，以期为提升我国水污染监测综合成效提供依据。 关键词：遥感监测；水质污染；监测可视化系统 水作为生命之源，是全球生态环境保护重要资源之一，然而人们在日常生活与生产过程中不仅存在浪费水资源消极现象还污染水源，影响水资源综合利用成效，同时污染水源还会侵害人们的身体健康，降低自然环境自净能力，无法落实生态环境保护目标，为此水质污染监测部门需秉持与时俱进精神，不断优化水资源监测技术，提高水质监测能效，基于此研究遥感监测背景下的水质污染可视化系统创设方略显得尤为重要。 一、遥感监测技术内涵 遥感监测技术以先进仪器为依托，以监测目标为出发点，以监测参数为基础，对待检测对象展开系统观测，同时获取监测结果，为人们更好把控监测对象提供依据。遥感技术在应用过程中无需接触监测目标，便可实现监测目的，且对监测所得数据可进行判段、整合、分析、识别，具有系统性较强、自动化程度高、监测便捷、监测结果精准等应用优势，较为符合水质污染检测客观需求，同时可缩减采样环节，提高水质污染检测效率。以摄像机等拍摄电子元件为依托的遥感装置，可依据污染监测需求，将相关装置安置在卫星、飞机、无人机等装配上，对标的物进行监测，监测对象包括水体、植被、大气、土质等，可在接收标的物电磁波反射特征过程中，用感光记录技术将所获得的反射特征转化为色调、颜色各异的照片，技术人员通过分析照片可明晰检测对象污染实况，以此为由制定污染治理决策，为提升污染治理成效奠定基础。[1] 二、研究水质污染监测可视化系统的意义 基于我国信息技术不断发展，加之互联网体系日益健全，“互联网+”技术成为助力社会建设及行业发展的重要技术形式，为推动水污染监测技术良性发展，在遥感监测技术践行过程中，融入“互联网+”技术势在必行，其中“互联网+”可视化系统，将成为助力遥感监测技术良性
信息熵的应用
分类号： O236单位代码：106 密级：一般学号： 本科毕业论文（设计） 题目：信息熵在球员选拔中的应用专业： 姓名： 指导教师： 职称： 答辩日期：
信息熵在球员选拔中的应用 摘要:.本课题通过研究信息熵的定义和性质,运用p c -分析法,通过统计一场球赛中各个球员的各项技术指标并该场球赛中各个队员的信息熵,自信息等值,得到球员选拔过程中对球员的评判方法.并以此法选出优秀的球员,根据信息熵的性质指出每个球员的不足之处,为今后的训练指明了方向. 关键字:信息熵;P-C分析法;球员选拔 Information entropy application in selecting players Abstract: Shannon information entropy presented expressions in 1948, which pioneered information theory. Now more and more international competitions, how to select best players on behalf of the state competition become critical .This issue through the definition and nature of information entropy, use of p c -law to come the assessment of each player, and select a good player, and point out the inadequacties of each player based on information entropy, that should be strengthened in future training exercises. Key Words: Information Entropy; P-C Analysis; Selecting Players
水资源环境遥感监测
贵州大学环境监测学题目：水资源环境遥感监测姓名：颜兴奎
2011年12月12日 水资源环境遥感监测 前言 水资源是人类赖以生存和社会发展不可替代的战略资源。随着人口的急剧增加、社会经济的迅速发展，以资源匮乏和污染为主要特征的水资源安全日益成为全球性问题，亦是我国生态环境改善和社会可持深发展的主要制约因素。如何建立有效的方法，科学、准确、快速地对水资源环境进行监测，适时掌握水资源环境的变化信息，进而采取相应的措施，已成为对水资源的有效利用、合理规划及保护的关键问题。 一、水污染的现状 中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。中国有82%的人饮用浅井和江河水，其中水质污染严惩细菌超过卫生标准的占75%，受到有机物污染的饮用水人口约1.6亿。据最新资料透露，目前中国主要大城市只有23%的居民饮用水符合卫生标准，小城镇和农
村饮用水合格率更低。多年来，中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。所以，我们必须采取相应措施处理水污染，而有效的水环境监测技术就显得很有必要，因而将遥感技术运用到水环境监测中，产生了一门新技术——水环境遥感监测技术。 二、“3S”技术 “3S”是指遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）三种空间信息技术的简称。 一、遥感是一种以非直接接触方法对远距离目标性质进行探测的技术。遥感技术系统由遥感平台、传感器、遥感介质、数据处理和应用五部分组成。 二、地理信息系统是一个具有多种功能的计算机软、硬件系统，是一个具有空间数据的采集、储存、检索、分析和可视化的数据库管理系统。 三、全球定位系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。其由GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机三部分组成。 二、水环境遥感监测技术 一、遥感监测的机理 水污染遥感监测的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清
信息熵
信息熵在遥感影像中的应用 所谓信息熵，是一个数学上颇为抽象的概念，我们不妨把信息熵理解成某种特定信息的出现概率。信源各个离散消息的自信息量得数学期望（即概率加权的统计平均值）为信源的平均信息量，一般称为信息源，也叫信源熵或香农熵，有时称为无条件熵或熵函数，简称熵。 一般而言，当一种信息出现概率更高的时候，表明它被传播得更广泛，或者说，被引用的程度更高。我们可以认为，从信息传播的角度来看，信息熵可以表示信息的价值。这样子我们就有一个衡量信息价值高低的标准，可以做出关于知识流通问题的更多推论。 利用信息论中的熵模型，计算信息量是一种经典的方法，广泛应用于土地管理，城市扩张以及其他领域。熵值可以定量的反应信息的分散程度，将其应用于遥感图像的解译中可以定量的描述影像包含的信息量，从而为基于影像的研究提供科学的依据。利用信息熵方法对遥感影像的光谱特征进行离散化，根据信息熵的准则函数，寻找断点，对属性进行区间分割，以提高数据处理效率。 遥感影像熵值计算大致流程为：遥感影像数据经过图像预处理之后，进行一系列图像配准、校正，图像增强，去除噪声、条带后，进行图像的分类，然后根据研究区域进行数据的提取，结合一些辅助数据对图像进行监督分类后生成新的图像，将新的图像与研究区边界图和方格图生成的熵单元图进行进一步的融合便可得到熵分值图。 1.获得研究区遥感影像 以研究区南京市的2009 年6 月的中巴资源二号卫星分辨率20 米得影像为例，影像是有三幅拼接完成。通过ArGIS9.2 中的选择工具从全国的行政区域图中提取边界矢量图，再通过掩膜工具获得研究区的影像。分辨率的为90 米得DEM 图有两副影像拼接而得，操作的步骤与获取影像一致，为开展目视解译工作提供参考。然后依照相关学者的相关研究以及城市建设中的一些法律法规，参照分类标准，开展影像解译工作，对于中巴资源二号影像开展监督分类，以及开展目视解译工作。 2.二值图像的建立 将两种解译所得的图像按照一定的标准转化为城镇用地和非城镇用地两种，进一步计算二值图像的熵值。 3.熵值单元图 根据一些学者对城市边缘带的研究，其划分的熵值单元为 1 km ×1 km，针对样 区的具体情况，采用500 m ×500 m 的熵值单元。在ERDAS 软件和
遥感技术在环境监测中的应用
遥感技术在环境监测中的应用 [摘要]遥感技术比传统的环境监测技术和监测台站具有无可比拟的优越性, 遥感技术被广泛应用于环境各个方面。本文综述了遥感技术在海洋监测、大气监测和土地覆盖利用变化监测中的应用研究进展以及遥感技术存在的问题和解决对策以及展望。 [ 关键词]遥感技术; 环境监测; 应用 Application and Development Prospect of Remote Sensing Technology in Environment Monitoring Abstract: T he remote sensing technology with the incomparable superiority compared with traditional environment monitoring technology and monitoring stations has being widely applied in pollution monitoring of atmosphere, water quality and solid waste and change of land utilization type and ecological vegetation. T he paper reviews the application research progress and development prospect of remote sensing technology in the monitoring of atmosphere, water quality and ecological vegetation. Key words: remote sensing technology; environment monitoring; application 1 概述 遥感是20 世纪60 年代发展起来的对地观测综合性技术[1 ] ,是一种应用探测仪器, 不需要与探测目标直接接触, 通过记录目标物体的电磁波谱, 从而分析解释物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。遥感技术让大面积的同步观测成为现实; 可以在短时间内对同一地区进行重复探测, 实现对地物的动态监测;其数据具有很强的综合性、可比性和经济性。 1992 年, 联合国世界环境与发展大会提出并通过以可持续发展作为世界各国共同接受的发展战略, 在大会上通过的“21世纪议程”的数百个项目中, 有相当一部分涉及到卫星遥感与地理信息系统技术[2 ]。全球《21 世纪议程》中还指出, 评价可持续发展的进度的方法是利用各种指标体系衡量经济、社会与环境的改变[2 ]。20 世纪90 年代以来, 遥感技术已广泛应用于环境监测、自然资源调查和动态监测、城市规划等各方面。其应用研究涉及的领域广、类型多, 既有专题性的, 也有综合性的, 包括农业生产条件研究、作物估产、国土资源调查、土地利用与土地覆盖、水土保持、森林资源、矿产资源、草场资源、渔业资源、环境评价和监测、城市动态变化监测、水灾和火灾监测、森林和作物病虫害研究等。至今它仍以多空间分辨率、多时相的遥感图像和数据使人们能够分析环境和自然资源等的时空变化规律, 推动人类和谐进步与发展。 2 遥感技术在环境各方面的应用 2. 1 在海洋环境中的应用
信息熵理论的应用研究
信息熵理论的应用研究 [摘要] 广告活动是信息的活动，信息熵是信息活动的度量标准。本文利用信息熵理论对广告活动中的信息处理、广告传播、广告效果测定和广告受众进行了论证，指出了广告信息活动的规律。 [关键词] 信息熵；负熵；广告活动；广告受众 广告是一种非人际的信息传播，是信息交流的工具。广告系统实质上是信息系统，它具备了信息传播的五要素：谁——通过什么媒介——对谁——说了什么——取得了什么效果。广告的信息传播包括：广告发布者(包括广告主、广告制作者和传播者，即信息源)、广告信息内容、广告媒介、广告受众、广告效果等要素。信息熵理论是描述信息系统发展的基本理论，利用信息熵从信息的角度分析广告行为、预判广告活动的发展趋势，是研究广告活动的一种新方法。 一、熵、信息熵与广告活动的理论分析 熵是一个重要的物理概念，热力学中的熵通常被用于表征一个物理系统的无序程度。随着科学综合化的发展，熵又远远超出物理学范围。1948年，香农(shannon)第一次将熵这一概念引入到信息论中，从此，熵这一概念被广泛用于信息的度量，在自然科学和社会科学众多领域中得到广泛应用，并成为一些新学科的理论基础，由狭义熵发展为广义熵。正如爱因斯坦的评价那样：“熵理论对于整个科学来说是第一法则”。熵表示的是系统固有的、规律性的本质。在没有外界作用下，一个系统的熵越增，不可用能就越大，动力越小；换言之，一个系统的熵不相同时，对于相等的进程，它们的利用价值可以大不相同。一个孤立系统的熵永不减少，这叫做熵增原理。根据这一原理，以熵变为判据，不仅可以判断过程进行的方向，而且还能给出孤立系统达到平衡的条件。熵增原理揭示了一切自发过程都是不可逆的这一共同本质。为了打破平衡，必须与外部系统交换熵，从外部系统得到的熵称为负熵，目的是使本系统的熵值减少，更具有活力。
信息熵在图像处理中的应用
信息熵在图像处理中的应用 摘要：为了寻找快速有效的图像处理方法，信息理论越来越多地渗透到图像处理技术中。文章介绍了信息熵在图像处理中的应用，总 结了一些基于熵的图像处理特别是图像分割技术的方法，及其在这一领域内的应用现状和前景 同时介绍了熵在织物疵点检测中的应用。 Application of Information Entropy on Image Analysis Abstract ：In order to find fast and efficient methods of image analysis ，information theory is used more and more in image analysis ．The paper introduces the application of information entropy on the image analysis ，and summarizes some methods of image analysis based on information entropy ，especially the image segmentation method ．At the same time ，the methods and application of fabric defect inspection based on information entropy ale introduced ． 信息论是人们在长期通信实践活动中，由通信技术与概率论、随机过程、数理统计等学科相结合而逐步发展起来的一门新兴交叉学科。而熵是信息论中事件出现概率的不确定性的量度，能有效反映事件包含的信息。随着科学技术，特别是信息技术的迅猛发展，信息理论在通信领域中发挥了越来越重要的作用，由于信息理论解决问题的思路和方法独特、新颖和有效，信息论已渗透到其他科学领域。随着计算机技术和数学理论的不断发展，人工智能、神经网络、遗传算法、模糊理论的不断完善，信息理论的应用越来越广泛。在图像处理研究中，信息熵也越来越受到关注。 1 信息熵 1948年，美国科学家香农(C ．E ．Shannon)发表了一篇著名的论文《通信的数学理论》 。他从研究通信系统传输的实质出发，对信息做了科学的定义，并进行了定性和定量的描述。 他指出，信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。其通信系统的模型如下所示： 图1 信息的传播 信息的基本作用就是消除人们对事物的不确定性。信息熵是信息论中用于度量信息量的一个概念。假定X 是随机变量χ的集合，p （x ）表示其概率密度，计算此随机变量的信息熵H （x ）的公式是 P （x ，y ）表示一对随机变量的联合密度函数，他们的联合熵H （x ，y ）可以表示为 信息熵描述的是信源的不确定性，是信源中所有目标的平均信息量。信息量是信息论的中心概念，将熵作为一个随机事件的不确定性或信息量的量度，它奠定了现代信息论的科学理论基础，大大地促进了信息论的发展。设信源X 发符号a i ，的概率为Pi ，其中i=1，2，…，r ，P i >O ，要∑=r i Pi 1=1，则信息熵的代数定义形式为：
水环境检测和遥感
摘要: 遥感技术在水环境监测方面得到了日益广泛的应用，不同含量和类别的水质参数的水体光谱特征不同, 这使得遥感影像能用于水体水质的监测。简要介绍了水体水质监测中遥感应用研究的发展和现状，阐述了水质遥感监测原理与方法、常用的遥感数据和几种主要水质参数的遥感监测进展，讨论了目前遥感在水质监测应用中存在的问题和未来该领域研究的重点。 关键词:遥感; 水环境监测; 水污染 1.引言 随着工农业生产的发展,江河湖海的各种水体受污染的程度不断加重。它们包括生活废水污染、泥沙等悬浮固体污染、石油污染、重金属污染、富营养化污染和热污染等。它们对人类社会的危害是十分严重的。因此,对这些污染进行监测非常重要。随着遥感技术的进步,遥感监测在水环境等领域的应用已引起环境保护等部门较广泛的重视。国内外通过各方面的努实践认为,各种水体污染在遥感图像上都有不同程度的反映(除有的不清晰外) 。因此目前,遥感已成为我们用以监测水环境的依据,而其在水环境监测中的应用也是一先进的技术途径。2.水环境污染 中国环境监测总站提供的资料表明,近10 年来, 我国的水污染成分发生了显著变化:无机污染减少,有机污染上升;工业污染下降,生活污染和面源污染增加。总之目前,我国水环境面临三大问题: ①主要污染物排放量远远超过水环境容量; ②江河湖泊普遍遭受污染; ③生态用水缺乏,水环境恶化加剧。水污染的现状可以表明,我国水环境污染形势严峻。因此,加大保护水资源的力度,提高水环境监测效率的工作势在必行。 水环境是由地球表层水圈所构成的环境，它包括在一定时间内水的数量、空间分布、运动状态、化学组成、生物种群和水体的物理性质。水环境是一个开放系统，它与土壤－岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在着物质和能量的交换关系。 水环境的遥感监测多是对地表各种水体进行空间识别、定位、及定量计算面积、体积或模拟水体动态变化。随着遥感基础研究的进展，对水体本身的光谱特性有了深入研究，同时进行许多水质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到水体属性特征参数的定量测定，如水深的控制、悬浮泥沙浓度的测定、和绿素含量的测定，以及污染状况的监测等。[1.2] 3.遥感水质监测方法 水体因为各组分及其含量的不同造成水体的吸收和散射的变化，使一定波长范围反射率显著不同，是定量估测内陆水体水质参数的基础。水质遥感监测常用的方法有3种：物理方法、经验方法和半经验方法。 3．1 物理方法 物理方法是以由辐射传输理论提出的上行辐射与水体中光学活性物质特征吸收和后向散射特性之间的关系为基础，利用遥感测量得到的水体反射率反演水体中各组分的特征吸收系数和后向散射系数，并通过水体中各组分浓度与其特征吸收系数、后向散射系数相关联，反演水体中各组分的浓度[3]。在实际的研究工作中，由于物理方法所要求的数据源难以满足，物理方法中的很多模型都只能采用经验的关系，基于物理方法得到的水质参数算法精度并不是很高。 3．2 经验方法 经验方法是伴随着多光谱遥感数据应用于水质监测而发展起来的一种方法。经验方法基于经
遥感技术在城市规划上的应用
遥感技术在城市规划中的应用 院系： 专业： 年级： 课程名称： 姓名： 学号： 2013年1月
xxxxx大学xxxxxxxxxx学院 全日制普通本科生课程论文遥感在城市规划中的应用 THE APPLICATION OF REMOTE SENSING IN URBAN PLANNING 学生姓名： 学号： 年级： 专业： 指导老师：
目录 摘要............................. (3) 关键词............................. . (3) 一、遥感技术及其的基本原理及分析方法 (3) 二、城市规划设计研究涉及的资料源 (4) 三、遥感数据的适用范围 (4) 四、遥感数据在城市规划中的应用现状 (5) 五、遥感技术在城市规划中的应用 (5) 六、遥感技术应用于城市规划中的不足 (8) 七、结束语............................. (9)
摘要：城市遥感信息是城市的资源之一，遥感技术在城市规划与管理方面的应用目标可以归纳为：快速实现城市范围国土资源与生态环境的多层次、全方位综合调查，系统地研究城市资源与环境的空间分布规律及其相互联系、相互制约的关系，按不同层次、不同内容编制系列基础图件，客观、真实、系统地反映城市的建设成就和存在问题，为制定城市国民经济和社会发展的中长期规划、国土资源和生态环境的综合整治规划以及城市经济可持续发展规划提供科学依据。本文介绍遥感信息在城市规划与管理中已经获得实际成果的应用途径和现状，分析了应用实践中的一些问题，展望了遥感信息在城市规划建设领域的应用前景。关键词：遥感技术城市规划应用 一．遥感技术及其的基本原理及分析方法 遥感技术（Remote Sensing）是一门建立在空间科学、电子技术、光学、计算机技术、信息论等新的技术科学以及地球科学理论基础上的综合性技术，为现代前沿科学技术之一，具有宏观、动态、综合、快速、多层次、多时相的优势。在新技术迅猛发展的今天，遥感技术伴随着航空、航天技术的发展而不断提高与完善，服务领域因之而不断扩展，受到普遍重视，显示出极其广泛的应用价值、良好的经济效益和巨大的生命力 [1]。 遥感即“遥远的感知”。即远距离不接触“物体”而获得其相关信息[1]。遥感通过电磁波、力、声波等形式采集数据。应用最多的是以电磁波方式获取数据。因此，遥感的理论基础是电磁辐射与地表的相互作用。 电磁波遥感分为被动遥感和主动遥感。被动遥感主要利用太阳辐射能——通过照相机或多光谱扫描仪记录地表反射或发射的电磁辐射；主动遥感——人为发出电磁能量，并记录其返回的辐射能，常见的雷达就属于主动遥感。其中，主动遥感的过程大致如下：太阳辐射能——通过大气传播（衰减）——部分到达地面的辐射波段与地表物质相互作用——再次进入大气传播——被遥感仪器记录地表 反射或发射的电磁辐射——得到图像数据——对图像数据进行处理、分析、解译——得到各种信息产品——分发给不同应用部门进行使用。 地球表面特征十分复杂，不同波段的能量到达地表后，被选择性地反射、吸收、透射、折射等。即使同一物体在不同状态下与电磁波的作用都不尽相同。遥感正是利用物质对电磁波的不同作用表现，进行大量的实验研究后，得到不同物质对电磁波的响应关系，从而能够通过对记录的电磁波谱特征进行反解得到地球表面
信息熵及其性质和应用
农业大学 本科生课程论文 论文题目信息熵及其性质和应用学生专业班级信息与计算科学09级2班学生学号 20093992 指导教师吴慧 完成时间2012年06月25日 2012 年 06 月 25 日
课程论文任务书 学生指导教师吴慧 论文题目信息熵及其性质和应用 论文容（需明确列出研究的问题）：研究信息熵的目的就是为了更深入的了解信息熵，更好的了解信息熵的作用，更好地使用它解决现实生活中的问题。文中介绍了信息熵的定义和性质及其应用。使我们对信息熵有跟深入的了解。 资料、数据、技术水平等方面的要求：论文要符合一般学术论文的写作规，具备学术性、科学性和一定的创造性。文字要流畅、语言要准确、论点要清楚、论据要准确、论证要完整、严密，有独立的观点和见解。容要理论联系实际，计算数据要求准确，涉及到他人的观点、统计数据或计算公式等要标明出处，结论要写的概括简短。参考文献的书写按论文中引用的先后顺序连续编码。 发出任务书日期 06月15日完成论文日期 06月25日 教研室意见（签字） 院长意见（签字）
信息熵及其性质和应用 信息与计算科学专业 指导教师吴慧 摘要：信息熵是随机变量不确定性的度量，文中从信息熵的定义出发，结合信息熵的性质，介绍了目前信息熵在具体问题中的应用。信息是一个十分通俗而又广泛的名词，它是人类认识世界、改造世界的知识源泉。人类社会发展的速度，在一定程度上取决于人类对信息利用的水平，所以对信息的度量就很有必要。香农提出信息的一种度量，熵的定义形式，它是随机变量不确定性的度量，文中主要介绍熵的性质及其应用。 关键词；信息熵性质应用 Information entropy and its properties and Application Student majoring in Information and Computing Science Specialty dongqiang Tutor WuHui Abstract：information entropy is a measure of uncertainty of random variable, this paper from the definition of information entropy, combined with the nature of information entropy, information entropy, introduced the specific issues in the application https://www.wendangku.net/doc/5a17855861.html,rmation is a very popular and wi dely noun, it is human understanding of the world, transforming the world knowledge source . The human society development speed, depend on on certain level the human make use of information level, so the measurement information is necessary.Shannon put forward the informa-tion a kind of measurement, the definition of entropy form, it is the uncertainty of random variable metric, this paper mainly introduces the property of entropy and its application. Key words:information entropy properties application